北理工團(tuán)隊在二維材料Janus結(jié)構(gòu)調(diào)控和對稱性破缺機(jī)理研究方面取得重要進(jìn)展
發(fā)布日期:2025-06-30 供稿:物理學(xué)院 攝影:物理學(xué)院
編輯:王莉蓉 審核:陳珂 閱讀次數(shù):
近日,依托先進(jìn)光場顯示芯片與系統(tǒng)全國重點實驗室、學(xué)校光量子與納機(jī)電集成交叉科學(xué)中心,北京理工大學(xué)物理學(xué)院/前沿交叉研究院武旭教授課題組與我校集成電路學(xué)院、武漢大學(xué)物理與技術(shù)學(xué)院、中國科學(xué)院物理研究所開展合作,在二維材料Janus結(jié)構(gòu)調(diào)控和電荷密度波態(tài)對稱性破缺機(jī)理研究方面取得重要進(jìn)展。相關(guān)研究成果以“Unusual charge density wave introduced by the Janus structure in monolayer vanadium dichalcogenides”為題發(fā)表在國際知名期刊《Science Advances》上,論文第一作者為北京理工大學(xué)畢業(yè)博士生許自強(qiáng)、邵巖教授、在讀博士生黃純和武漢大學(xué)在讀博士生朱超。通訊作者為北京理工大學(xué)武旭教授、喬婧思教授、王業(yè)亮教授和武漢大學(xué)張晨棟教授。
研究課題組成功發(fā)展出原子層級Se化工藝,以此為基礎(chǔ)實現(xiàn)了單層Janus結(jié)構(gòu)VTeSe材料的可控制備。進(jìn)一步,借助掃描隧道顯微鏡技術(shù),對材料的電荷密度波(CDW)現(xiàn)象進(jìn)行原子級成像,觀測到具有獨特對稱性的“√13×√13”超周期,該結(jié)構(gòu)具有顯著的三重旋轉(zhuǎn)對稱性破缺。通過理論計算與實驗結(jié)合,團(tuán)隊揭示了這種CDW態(tài)與材料內(nèi)部自旋排列緊密相關(guān),而不是單一的傳統(tǒng)電子-聲子耦合作用機(jī)理。該成果不僅為二維過渡金屬硫族化合物(TMD)的原子級結(jié)構(gòu)調(diào)控提供了新的制備工藝技術(shù),也對對稱性調(diào)控與量子態(tài)設(shè)計提供了全新思路,推動二維材料的物態(tài)調(diào)控和相關(guān)的基礎(chǔ)以及應(yīng)用科學(xué)研究。

圖1 單層Janus VTeSe的制備流程示意圖和原子級結(jié)構(gòu)表征結(jié)果。

圖2 二維VTe2和具有Janus結(jié)構(gòu)VTeSe兩種材料電荷密度波結(jié)構(gòu)的原子級成像對照。

圖3 二維Janus VTeSe中CDW態(tài)的電子態(tài)實空間成像分析結(jié)果。

圖4 單層Janus VTeSe的電荷密度波與自旋序之間的關(guān)聯(lián)以及對應(yīng)的DFT理論計算
論文詳情:Ziqiang Xu et al., Unusual charge density wave introduced by the Janus structure in monolayer vanadium dichalcogenides. Sci. Adv.11, eadq4406(2025). DOI:10.1126/sciadv.adq4406
論文連接:https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adq4406
本研究受到科技部重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金等項目的資助。
附主要作者簡介:
許自強(qiáng),第一作者,博士畢業(yè)于北京理工大學(xué),現(xiàn)任中國航天科工集團(tuán)第十研究院、貴州航天計量測試技術(shù)研究所電子元器件可靠性專業(yè)帶頭人,導(dǎo)師為武旭教授、劉立巍教授。研究方向:先進(jìn)材料及器件可靠性試驗與分析。
邵巖,北京理工大學(xué)集成電路與電子學(xué)院教授,博士畢業(yè)于中科院物理所,新加坡國立大學(xué)博士后研究員。研究方向:面向集成電路應(yīng)用的低維量子信息材料原子制備、表征與物性調(diào)控。
武旭,北京理工大學(xué)物理學(xué)院/前沿交叉研究院教授,國家級海外高層次青年人才、洪堡學(xué)者、北京市科技新星、北京理工大學(xué)特立青年學(xué)者,博士畢業(yè)于中科院物理所,在德國馬克斯普朗克固體研究所開展納米科學(xué)領(lǐng)域博士后研究工作。主要從事低維材料與薄膜的原子級結(jié)構(gòu)調(diào)控與器件加工等方向的基礎(chǔ)和應(yīng)用科學(xué)研究。近年來,在Nature、Science、Nat. Commun.等國際重要期刊發(fā)表論文30余篇,申請/授權(quán)發(fā)明專利10余項。
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